相变原理作业和答案

22.影响珠光体片间距的因素有哪些？
答：随着珠光体转变温度下降，片状珠光体的片层间距S0将减小。

珠光体的片层间距大小主要取决于珠光体的形成温度。

在连续冷却条件下，冷却速度愈大，珠光体的形成温度愈低，即过冷度愈大，则片层间距就愈小。

23．试述影响珠光体转变动力学的因素
答：凡是影响珠光体形核率和长大速度的因素，都影响珠光体转变动力学
1．化学成分的影响
（1）碳含量的影响
对于亚共析铡，随着奥氏体中碳含量的增高，析出先共析铁素体的孕育期增长，
析出速度减慢
对于过共析钢，在完全奥氏体化（加热温度高于Acm）情况下，随着钢中碳含
量的增高，碳在奥氏体中的扩散系数增大，渗碳体的形核率增大，先共析渗碳
体析出的孕育期缩短，析出速度增大珠光体转变的孕育期随之缩短，转变速度
增大
（2）合金元素的影响
钢中加入合金元素可以显著改变珠光体转变动力学
合金元素的影响机制
1）合金元素自扩散的影响
2）合金元素对碳扩散的影响
3）合金元素对r→a转变的影响
4）合金元素对相变临界点的影响
5）合金元素对r/a界面移动的拖曳作用。

相变原理习题一、选择题1、使TTT曲线左移的因素有___________ 。

A 增加亚共析钢中含碳量B 提高钢中含钨量C 增加钢中含铜量D 使奥氏体产生塑性变形2、能使钢中马氏体转变开始温度（Ms）升高的因素有__________ 。

A 降低含Ni钢中的Ni含量B 降低钢中含碳量C 增大冷却速度D 提高加热温度3、高碳马氏体的形貌特征及亚结构是__________ 。

A 板条状及位错B 凸透镜状及位错C 凸透镜状及孪晶4、加热时Fe3C全部溶入A的温度是__________ 。

A A c1B A c3C A ccm5、上贝氏体贝氏体的强度，韧性下贝氏体。

A 高于优于B 高于不如C 低于优于D 低于不如6、中碳钢淬火后高温回火，可获得优良的综合机械性能。

又称为。

A 固溶处理B 调质C 热稳定化D 时效7、出现了高温回火脆性后，如重新加热到650℃以上，然后快冷至室温，消除脆化。

在脆化消除后，再在450 650℃加热快冷再发生脆化。

A 可可B 可不C 不可可D 不可不8、W18Cr4V在560℃回火后，在冷却过程中在250℃稍作停留，残余奥氏体将不再转变为马氏体，这一过程称为。

A 催化B 相变C 逆转变D 稳定化9.奥氏体核的长大是依靠____的扩散, 奥氏体(A)两侧界面向铁素体(F)及渗碳体(C)推移来进行的.(a)铁原子 (b)碳原子 (c)铁碳原子 (d)溶质原子10.亚共析钢在A C3下加热后的转变产物为___.(a) F (b) A (c) F+A (d) P+F11.提高钢中马氏体转变开始点（Ms）的因素有__________ 。

(a) 降低含Ni钢中的Ni含量 (b) 降低钢中含碳量 (c) 增加冷却速度 (d) 提高奥氏体化温度12.低碳马氏体的形貌特征及亚结构是__________ 。

(a) 板条状及位错 (b) 凸透镜状及位错 (c) 凸透镜状及孪晶13.共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是__________ 。

相变理论试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1. 物质从固态直接变为气态的过程称为：A. 蒸发B. 升华C. 凝固D. 液化答案：B2. 下列哪种物质在常温下为气态？A. 水B. 铁C. 氧气D. 铜答案：C3. 物质从液态变为固态的过程称为：A. 蒸发B. 凝固C. 沸腾D. 升华答案：B4. 物质从气态直接变为固态的过程称为：A. 蒸发B. 升华C. 凝固答案：B5. 物质从固态变为液态的过程称为：A. 蒸发B. 熔化C. 沸腾D. 升华答案：B二、填空题（每空1分，共10分）1. 物质从液态变为气态的过程称为________。

答案：蒸发2. 物质从固态变为液态的过程称为________。

答案：熔化3. 物质从气态变为液态的过程称为________。

答案：液化4. 物质从液态变为固态的过程称为________。

答案：凝固5. 物质从固态直接变为气态的过程称为________。

答案：升华三、简答题（每题5分，共20分）1. 请简述相变过程中的潜热是什么？答案：潜热是指在相变过程中，物质吸收或释放的热量，而温度保持2. 为什么水在0℃时会结冰？答案：水在0℃时结冰是因为在这个温度下，水分子的运动能量不足以抵抗分子间的吸引力，导致水分子排列成固态结构。

3. 请解释为什么在高压下，水的沸点会升高？答案：在高压下，水的沸点升高是因为压力的增加使得水分子间的距离减小，需要更多的能量才能使水分子从液态变为气态。

4. 为什么干冰（固态二氧化碳）在室温下会直接升华？答案：干冰在室温下直接升华是因为固态二氧化碳的分子间作用力较弱，且其升华点低于室温，使得干冰分子在室温下就能获得足够的能量直接从固态变为气态。

四、计算题（每题10分，共20分）1. 假设有1千克的水从0℃加热到100℃，然后完全蒸发。

已知水的比热容为4.18 J/(g·℃)，汽化热为40.7 kJ/mol，水的摩尔质量为18 g/mol。

高中物理竞赛——相变相：热学系统中物理性质均匀的部分。

系统按化学成分的多少和相的种类多少可以成为一元二相系（如冰水混合物）和二元单相系（如水和酒精的混合液体）。

相变分气液相变、固液相变和固气相变三大类，每一类中又有一些具体的分支。

相变的共同热学特征是：相变伴随相变潜热。

1、气液相变，分气化和液化。

气化又有两种方式：蒸发和沸腾，涉及的知识点有饱和气压、沸点、汽化热、临界温度等。

a、蒸发。

蒸发是液体表面进行的缓慢平和的气化现象（任何温度下都能进行）。

影响蒸发的因素主要有①液体的表面积、②液体的温度、③通风条件。

从分子动理论的角度不难理解，蒸发和液化必然总是同时进行着，当两者形成动态平衡时，液体上方的气体称为——饱和气，饱和气的压强称为饱和气压PW 。

①同一温度下，不同液体的PW不同（挥发性大的液体PW 大），但同种液体的PW有唯一值（与气、液的体积比无关，与液体上方是否存在其它气体无关）；②同一种液体，在不同的温度下PW不同（温度升高，PW 增大，函数PW= P0RTLe，式中L为汽化热，P为常量）。

汽化热L ：单位质量的液体变为同温度的饱和气时所吸收的热量，它是相变潜热的一种。

汽化热与内能改变的关系L = ΔE + PW （V气− V液）≈ΔE + PWV气b、沸腾。

一种剧烈的汽化，指液体温度升高到一定程度时，液体的汽化将不仅仅出现在表面，它的现象是液体内部或容器壁出现大量气泡，这些气泡又升到液体表面并破裂。

液体沸腾时，液体种类不变和外界压强不变时，温度不再改变。

（从气泡的动力学分析可知）液体沸腾的条件是液体的饱和气压等于外界压强。

（如在1标准大气压下，水在100℃沸腾，就是因为在100℃时水的饱和气压时760cmHg。

）沸点，液体沸腾时的温度。

①同一外界气压下，不同液体的沸点不同；②同一种液体，在不同的外界气压下，沸点不同（压强升高，沸点增大）。

c、液化。

气体凝结成液体的现象。

对饱和气，体积减小或温度降低时可实现液化；对非饱和气，则须先使它变成饱和气，然后液化。

第二章1、钢中奥氏体的点阵结构，碳原子可能存在的部位及其在单胞中的最大含量。

奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体，碳原子在γ-Fe点阵中处于Fe原子组成的八面体间隙中心位置，即面心立方晶胞的中心或棱边中点。

八面体间隙：4个2、以共析碳钢为例说明奥氏体的形成过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还会有部分渗碳体未溶解？奥氏体的形成是由四个基本过程所组成：形核、长大、剩余碳化物的溶解和成分均匀化。

按相平衡理论，从Fe-Fe3C相图可以看出，在高于AC1温度，刚刚形成的奥氏体，靠近Cem 的C浓度高于共析成分较少，而靠近F处的C浓度低于共析成分较多（即ES线的斜率较大，GS线的斜率较小）。

所以，在奥氏体刚刚形成时，即F全部消失时，奥氏体的平均C浓度低于共析成分，这就进一步说明，共析钢的P刚刚形成的A的平均碳含量降低，低于共析成分，必然有部分碳化物残留，只有继续加热保温，残留碳化物才能逐渐溶解。

3、合金元素对奥氏体形成的四个阶段有何影响。

钢中添加合金元素并不影响珠光体向奥氏体的转变机制，但影响碳化物的稳定性及碳原子在奥氏体中的扩散系数。

另一方面，多数合金元素在碳化物和基体相中的分布是不均匀的，故合金元素将影响奥氏体的形核与长大、剩余碳化物的溶解、奥氏体成分均匀化的速度。

①通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度。

②通过改变碳化物稳定性影响奥氏体的形成速度。

③对临界点的影响：Ni、Mn、Cu等降低A1温度；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V 等升高A1温度。

④通过对原始组织的影响进而影响奥氏体的形成速度：Ni、Mn等往往使珠光体细化，有利于奥氏体的形成。

在其它条件相同的情况下，合金元素在奥氏体中的扩散速度比碳在奥氏体中的扩散速度小100-10000倍。

此外，碳化物形成元素还会减小碳在奥氏体中的扩散速度，这将降低碳的均匀化速度，因此，合金钢均匀化所需时间常常比碳钢长得多。

4、钢在连续加热时珠光体奥氏体转变有何特点。

○1在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度增大而升高。

第十章 相变的基本原理1. 由内耗法测出Fe 3C 在α-Fe 中的平衡溶解度为C T=−07364850.exp( 其中T (K)为温度。

求在627℃Fe 3C 的颗粒半径为10nm 、100nm 以及1000nm 时它在α-Fe 中的溶解度。

问颗粒的曲率半径多大才对溶解度有实质性的影响。

α/Fe 3C 的界面能为0.71J/m 2，Fe 3C 的摩尔体积为23.4cm 3/mol 。

2. 纯金属同素异形转变α→β在某一过冷度下两相体积吉布斯自由能差为7×105kJ/m 3，α/β界面能为0.6J/m 2。

若忽略形核的应变能，求形成球状、立方体以及直径(D )和厚度(t )比(D /t )为20的圆盘状核心的临界核心尺寸和临界核心形成功。

3. 导出二元合金中母相α和析出相β均为理想溶体以及规则溶体的相变总驱动力和形核驱动力（以J/mol 表示）。

设原始成分为x 0，在脱溶温度α相平衡成分为x α，脱溶物核心成分和β相平衡成分近似相等为x β，交互作用系数为Ω。

4. 本题讨论符号和上题相同，现讨论α和β均为理想溶体的情况。

在600K ，x 0=0.1，x α=0.02，x β=0.95，α/β界面能为0.5J ⋅m -2，两相偏摩尔体积同为10−3m 3⋅mol −1。

(1)求相变总驱动力和形核驱动力（以单位体积的吉布斯自由能表示）(2)求均匀形核的临界核心尺寸（球状）。

(3)脱溶后，脱溶粒子间距为50nm ，问粒子平均半径为临界核心半径r *的多少倍？(4)转变前后总吉布斯自由能降低多少？还有多少以界面能形式保留下来？5. Al-Mg 置换固溶体，估计溶质原子Mg 产生的错配应变能，以J ⋅mol −1和eV/原子表达。

说明你估算时所用的假设。

Al 的原子半径为0.143nm 、切变模量G =2.5×1010Pa ，Mg 的a 轴长0.32nm 。

6. 设母相和析出相的切变模量G 相同，母相是各向同性连续介质。

第8章 习题答案8.2 什么叫相变？按照相变机理来划分，可分为哪些相变？相变：随自由能变化而发生的相结构的变化。

按相变机理可分为：成核-生长机理、连续型相变、马氏体相变、有序-无序转变。

8.10为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变? 什么情况下需过冷，什么情况下需过热，试证明之。

解：由热力学可知，在等温、等压下有：G H T S ∆=∆-∆在平衡条件下，0G ∆=，则有00H T S ∆-∆=，0/S H T ∆=∆式中： 0T 是相变的平衡温度；H ∆为相变热。

若在任意温度T 的不平衡条件下，则有0G H T S ∆=∆-∆≠若H ∆与S ∆不随温度而变化，将上式代入上式得：0000/T T T G H T H T H H T T -∆∆=∆-∆=∆=∆ 可见，相变过程要自发进行，必须有0G ∆<，则0/0H T T ∆∆<。

若相变过程放热（如凝聚、结晶等）0H ∆<。

要使0G ∆<，必须有0T ∆>，00T T T ∆=->，即0T T >，这表明系统必须“过冷”。

若相变过程吸热（如蒸发、熔融等）0H ∆>，要满足0G ∆<这一条件则必须0T ∆<，即0T T <，这表明系统要自发相变则必须“过热”。

8.13 铁的原子量为55.84 ，密度为 7.32 克 /cm 3，熔点为 1593 ℃，熔化热为 11495 J/mol ，固液界面能为 2.04×10-5 J/cm 2，试求在过冷度为 10 ℃、 100 ℃时的临界晶核大小并估计这些晶核分别由多少个晶胞所组成（已知铁为体心立方晶格，晶格常数a =3.05 nm)解: 当过冷度为10℃时337.311495108.0555.841866m V m H Tg cm J mol G J cm MT g mol ρ∆∆-⨯∆==⨯=-℃℃ 52*6322 2.0410 5.110518.05LS V r J cm r cm nm G J cm--⨯⨯=-=-=⨯=∆- 晶核体积：()3*143V r π= 晶胞体积：32V a = 因此，晶胞个数：()()3*373344 3.145133 1.95100.305r n a π⨯⨯===⨯个 当过冷度为100℃时 337.31149510080.555.841866m V m H Tg cm J mol G J cm MT g mol ρ∆∆-⨯∆==⨯=-℃℃ 52*7322 2.0410 5.110 5.180.5LS V r J cm r cm nm G J cm--⨯⨯=-=-=⨯=∆- 因此，晶胞个数：()()()33*43344 3.14 5.133 1.95100.305r n a π⨯⨯===⨯个 8.14 熔体析晶过程在 1000 ℃时，单位体积自由焓变化418 J/cm 3 ；在 900 ℃时是 2090 J/cm 3 。

固态相变原理考试试题一、(20分)1、试对固态相变地相变阻力进行分析固态相变阻力包括界面能和应变能,这是由于发生相变时形成新界面,比容不同都需要消耗能量.（1）界面能：是指形成单位面积地界面时,系统地赫姆霍茨自由能地变化值.与大小和化学键地数目、强度有关.共格界面地化学键数目、强度没有发生大地变化,最小；半共格界面产生错配位错,化学键发生变化,次之；非共格界面化学键破坏最厉害,最大.（2）应变能①错配度引起地应变能（共格应变能）：共格界面由错配度引起地应变能最大,半共格界面次之,非共格界面最小.②比容差引起地应变能（体积应变能）：和新相地形状有关,,球状由于比容差引起地应变能最大,针状次之,片状最小.2、分析晶体缺陷对固态相变中新相形核地作用固相中存在各种晶体缺陷,如空位、位错、层错、晶界等,如果在晶体缺陷处形核,随着核地形成,缺陷将消失,缺陷地能量将给出一供形核需要,使临界形核功下降,故缺陷促进形核.（1）空位：过饱和空位聚集,崩塌形成位错,能量释放而促进形核,空位有利于扩散,有利于形核.（2）位错：①形成新相,位错线消失,会释放能量,促进形核②位错线不消失,依附在界面上,变成半共格界面,减少应变能.③位错线附近溶质原子易偏聚,形成浓度起伏,利于形核.④位错是快速扩散地通道.⑤位错分解为不全位错和层错,有利于形核.Aaromon总结：刃型位错比螺型位错更利于形核；较大柏氏矢量地位错更容易形核；位错可缠绕,割阶处形核；单独位错比亚晶界上位错易于形核；位错影响形核,易在某些惯习面上形成.（3）晶界：晶界上易形核,减小晶界面积,降低形核界面能二、(20分)已知调幅分解1、试分析发生调幅分解地条件只有当R（λ）＞0,振幅才能随时间地增长而增加,即发生调幅分解,要使R（λ）＞0,得且. 令R（λ）=0得λc—临界波长,则λ＜λc时,偏聚团间距小,梯度项很大,R（λ）＞0,不能发生；λ＞λc时,随着波长增加,下降,易满足,可忽略梯度项,调幅分解能发生.2、说明调幅分解地化学拐点和共格拐点,并画出化学拐点、共格拐点和平衡成分点在温度——成分坐标中地变化轨迹化学拐点：当G”=0时.即为调幅分解地化学拐点；共格拐点：当G”+2η2Y=0时为共格拐点,与化学拐点相比共格拐点地浓度范围变窄了,温度范围也降低了.3、请说明调幅分解与形核长大型相变地区别1、阐明建立马氏体相变晶体学表象理论地实验基础和基本原理（1）实验基础1 / 32 /3 ① 在宏观范围内,惯习面是不应变面（不转变、不畸变）；② 在宏观范围内,马氏体中地形状变形是一个不变平面应变；③ 惯习面位向有一定地分散度（指不同片、不同成分地马氏体）；④ 在微观范围内,马氏体地变形不均匀,内部结构不均匀,有亚结构存在（片状马氏体为孪晶,板条马氏体为位错）.（2）基本原理在实验基础上,提出了马氏体晶体学表象理论,指出马氏体相变时所发生地整个宏观应变应是下面三种应变地综合：① 发生点阵应变（Bain 应变）,形成马氏体新相地点阵结构.但是Bain 应变不存在不变平面,不变长度地矢量是在圆锥上,所以要进行点阵不变切变.② 简单切边,点阵不变非均匀切变,在马氏体内发生微区域变形,不改变点阵类型,只改变形状,通过滑移、孪生形成无畸变面.③ 刚体转动,①②得到地无畸变地平面转回到原来地位置去,得到不畸变、不转动地平面.用W-R-L 理论来表示：P 1=RPB,P 1为不变平面应变地形状变形,B 为Bain 应变、用主轴应变来表示,R 为刚体转动、可以用矩阵来表示,P 为简单应变.2、阐明马氏体相变热力学地基本设想和表达式地意义答：基本设想：马氏体相变先在奥氏体中形成同成分地体心核胚,然后体心核胚再转变为马氏体M.所以马氏体相变自由能表达式为：M M G G G γγαα→→→∆=∆+∆,式中：① M G γ→∆表示奥氏体转变为马氏体地自由能差.,此时温度为Ms 温度.② G γα→∆表示母相中形成同成分地体心核胚时地自由能变化,定义为T 0温度γ与α地平衡温度,,为T<T 0时,产生核胚地温度.③ MG α→∆表示体心核胚转变为马氏体M 而引起地自由能变化.消耗于以下几个方面：切变能（进行不变平面切变、改变晶体结构和形状地能量）；协作形变能（周围地奥氏体产生形变地能量）；膨胀应变能（由于比容变化而致）；存储能（形成位错地应变能、形成孪晶地界面能）；其他（表面能、缺陷能、能量场地影响等）.四、(20分)1、试解释沉淀相粒子地粗化机理由Gibbs-Thompson 定理知,在半径为r 地沉淀相周围界面处母相成分表达式： 2()()(1)m V C r C RTr αασ=∞-当沉淀相越小,其中每个原子分到地界面能越多,因此化学势越高,与它处于平衡地母相中地溶质原子浓度越高. 即：C （r 2）> C(r 1) .由此可见在大粒子r 1和小粒子r 2之间地基体中存在浓度梯度,因此必然有一个扩散流,在浓度梯度地作用下,大粒子通过吸收基体中地溶质而不断长大,小粒子则要不断溶解、收缩,放出溶质原子来维持这个扩散流.所以出现了大粒子长大、小粒子溶解地现象. 需要画图辅助说明！2、根据沉淀相粒子粗化公式：,分析粒子地生长规律（奥斯瓦尔德熟化）①当时,r=r ,rt ∂∂=0粒子不长大；②当时,r <r ,r t ∂∂<0小粒子溶解；③当时,r>r ,r t ∂∂>0粒子长大；④当时,r=2r ,r t ∂∂最大,长大最快；⑤长大过程中,小粒子溶解,大粒子长大,粒子总数减小,r 增加,更容易满足②,小粒子溶解更快；⑥温度T 升高,扩散系数D 增大,使rt ∂∂增大.所以当温度升高,大粒子长大更快, 小粒子溶解更快.五、(20分)已知新相地长大速度为：1、 试分析过冷度对长大速度地影响过冷度很小,∆gv 很小,∆gv 随过冷度地增加而增加,∆gv 越小长大速率越大,表明：长大速度u 与过冷度或者成正比,也就是当T 下降,过冷度增大,上升,长大速度u 增大.（1） 过冷度很很大,∆gv/kT 很大,exp(-∆gv/kT)→0,此时,温度越高长大速率越大,2、 求生长激活能过冷度很大时,exp(-∆gv/kT)→0,公式转化为0exp()Q kT μλν=-3 / 3 两边取对数,0exp()Q kT μλν=-则(ln )(1/)d Q K d T μ=-则为单个原子地扩散激活能,再乘以阿伏加德罗常数N 0,得生长激活能.。

第一章奥氏体1.简述奥氏体的形成机理？详述奥氏体化过程的几个阶段？机理：晶格改组和碳原子的重新分布，是通过原子扩散来实现的。

阶段：①A的形核②A的长大③A中残余碳化物的溶解④A的均匀化2.为什么亚共析钢在加热过程中也会有残余碳化物的形成？随着温度的升高，长大速度比n>7.5时，就会有残余碳化物产生3详述影响奥氏体形成动力学的因素？（形成动力学即指形成速度）1.加热温度T越高A形成速度越快2.钢的原始含碳量C%越高A形成速度越快3.原始组织越细A形成速度越快4.加热速度越快A形成速度越快5.合金元素存在即减弱A形成速度。

（①影响临界点:降低临界点的加速，提高的减速②影响C元素的扩散，阻止C扩散的减速，加速碳扩散的加速③自身扩散不易，使A形成速度降低）4.什么是起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度和他们的决定因素？起始晶粒度：指P刚刚转变为A时，A的晶粒大小。

影响因素：形核率和长大速度之比，n∝于N/V，N↑或V↓，起始晶粒↓。

实际晶粒度：实际生产或实验条件下得到A晶粒的大小。

影响因素：加热和保温条件；钢的质量。

本质晶粒度：表示在一定条件下某种钢中奥氏体晶粒长大的倾向。

规定：将钢加热到930℃±10℃保温3-8小时后测得的A晶粒的大小。

决定因素：炼钢工艺5.详述影响奥氏体晶粒长大的因素？答：1.加热温度和保温时间：温度越高长大越容易，时间越长长大越充分。

温度主要影响。

2.加热速度：加热速度越高A转变温度越高。

形核率和长大速度越高，晶粒越细小3.含碳量：一定温度下C%越高越容易长大，超过一定C%晶粒会越细小。

4.合金元素：于C 形成强或中碳化物的元素抑制长大，P,O,Mn等促进，Ni,Si无影响。

5.原始组织：原始组织越细A晶粒越细，不利于长大。

6 40钢和40Cr钢相比，哪个钢需要更长的奥氏体化时间？40Cr钢需要更长的奥氏体化时间。

原因:Cr可以提高临界点，使A形成速度下降。

Cr有很强的金属性，组织C的扩散，使A形成速度下降。